大豆分子设计育种研究进展与展望

作物分子设计育种技术目前已经显示出比其他育种手段更为突出的优越性,成为今后作物育种技术的发展方向。大豆基因组学研究的快速进展和转基因技术的革新,为大豆分子设计育种技术发展提供了良好的基础,建立以系统生物学为基础的基因型-表现型育种模型成为今后大豆分子设计育种的巨大挑战。大豆育种工作将处于常规育种技术向分子标记辅助育种技术、转基因育种技术以及分子设计育种技术逐步升级的过程中,分子设计育种在大豆育种实践中会起到越来越重要的作用。

大豆光能高效利用的分子调控机制研究进展

光合作用是影响作物产量的重要因素,长期以来国内外科学家通过高光效育种对大豆产量的提高起到了重大的促进作用。近年来,随着植物光合分子生物学研究和基因工程技术的发展,有关大豆光合作用分子机制和光能利用效率分子调控的研究取得了很多进展。本文总结了大豆光合作用相关的基因,综述了调控光能利用效率相关因子的研究进展,以期为大豆高光效分子设计育种提供理论指导。

植物油脂合成与积累机制的研究进展

植物油脂是一类主要从植物种子中提取的脂质,由甘油三酯组成,在食品、医疗和化工等领域应用广泛。植物油脂合成与积累过程不仅受油脂合成通路功能基因与调控基因调控,也受植物内部生理状态变化与外界环境因素影响。因此,阐明植物油脂生物合成和调控机制,改善植物油脂含量和组成具有重要的科学意义和应用价值。文章综述总结近年来有关植物油脂合成通路调控机制的研究进展,主要涵盖植物油脂合成通路基本模型、植物油脂合成通路中的关键酶、油脂积累过程中关键转录因子或调控蛋白、其他因素对油脂积累的影响、植物油脂合成与积累机制未来研究趋势和发展方向等方面,为植物油脂合成机制研究和油料作物遗传改良提供理论基础和新见解。

黑龙江省北部地区大豆种质对疫霉根腐病抗性评价

为了明确黑龙江省北部地区大豆种质资源对大豆疫霉根腐病的抗耐情况,采用下胚轴创伤接种法,对适宜该地区种植的113份大豆育成品种或育种材料的大豆疫霉根腐病抗性开展鉴定。结果显示:共鉴定出7份抗病种质,占鉴定总数的6.19%;5份中间类型种质,占鉴定总数的4.42%。其中,从第三积温带种质中鉴定出1份抗病种质,中间类型种质1份;从第四积温带种质中鉴定出抗性种质3份,中间类型种质2份;从第五积温带种质中鉴定出抗性种质1份,中间类型种质2份;从第六积温带种质中鉴定出抗性种质2份,未见中间类型种质。结果表明在不同积温带参试材料中均存在抗性种质。该研究结果为黑龙江省北部地区培育和利用抗疫霉根腐病大豆种质提供了参考。

大豆光周期调控开花与产量性状的研究进展

大豆作为重要的经济作物,是人类植物油和植物蛋白的主要来源,但目前我国大豆产业面临严峻的挑战。大豆光周期开花不仅影响大豆的种植适应性,而且决定着大豆的产量。文章阐述了大豆特有的光周期开花调控途径Phy A-E1-FT,同时论述了光周期开花调控基因间的相互作用关系。大豆光周期反应中重要基因的克隆为理解开花期和生育期分子机理提供理论基础,同时对大豆分子育种和提高大豆产量具有重要意义。

大豆与南瓜远缘嫁接接合部组织形态解剖学研究

以大豆品种黑农48为接穗,黑籽南瓜为砧木进行嫁接,接穗切面长度设置了5个不同处理。通过嫁接部位组织解剖学分析,深入研究接穗切面长度对嫁接成活率的影响及组织变化规律,探索嫁接诱导植物变异的机理。结果表明：各处理间成活率差异显著,接穗切面长度为1.0 cm时成活率最高,达到80%,愈合的速度也最快;其次是1.3cm。对1.0 cm接穗切面结合部不同时期的电镜动态观察表明,接穗与砧木的愈合过程可分为三个阶段：愈伤组织形成期（1~8 d）、维管组织分化期（9~12 d）、维管组织分化完成期（13~35 d）。研究结果可为大豆远缘嫁接提供理论和实践参考。

辐射诱变及其在大豆育种中的应用

辐射诱变是创制大豆种质资源和选育新品种的有效途径。本文简要阐述了辐射诱变育种的基本原理和常用的诱变源,从表型水平、生理水平和分子水平3个方面总结了大豆辐射诱变的主要生物学效应,概述了国内外大豆诱变育种中诱变后代的筛选方法和主要突变类型的研究进展,讨论分析了大豆诱变育种工作中的难点,提出了辐射育种及其技术今后需要加强的几个方面,以期明确辐射诱变的作用机理,推进辐射诱变在大豆品种选育中的广泛应用。

昆虫病原线虫共生菌及代谢产物对根结线虫的防治作用

为探讨不同种昆虫病原线虫(EPN)共生菌对根结线虫病的防治效果,开展了温室盆栽定量接种试验;为明确EPN共生菌的代谢产物对根结线虫卵孵化和二龄幼虫活性的影响,进行了室内生测试验。结果表明,Meloidogyne incognita(M.incognita)在中蔬4号番茄上接种剂量为1000、2000和5000个卵·株^(−1)时,昆虫病原线虫共生菌Xb-IGA和Pl-IGA对M.incognita卵的繁殖均有较好的抑制效果,抑制效果为59.4%~73.9%。Meloidogyne hapla(M.hapla)在VFNT番茄上接种剂量为2000个卵·株^(−1)时,昆虫病原线虫共生菌Pl-IGA对M.hapla卵的繁殖抑制效果最好,可达74.5%,与常规药剂阿维菌素(82.2%)差异不显著。4种EPN共生菌均能有效降低M.incognita和M.hapla侵染后的发病程度,对番茄根部生长有不同程度的促进作用。在生测试验7 d时,4种昆虫病原线虫共生菌代谢产物的2倍稀释液和5倍稀释液对M.incognita和M.hapla卵孵化抑制率为55.1%~94.8%,对M.incognita二龄幼虫校正死亡率为34.2%~47.8%,对M.hapla二龄幼虫校正死亡率为59.6%~79.9%。因此,昆虫病原线虫共生菌及其代谢产物对根结线虫是非常有潜力的生物杀线虫资源。

大豆GmbZIP71基因的克隆及EMSA分析

通过PCR扩增的方法从大豆品种Harosoy中克隆到1个新的b ZIP基因(Gmb ZIP71),基因表达分析表明Gmb ZIP71在叶片、生长点、花、花芽、荚和根等多个器官中表达。将Gmb ZIP71构建到原核表达载体p ET29b上,导入大肠杆菌BL21(DE3)中,对其进行IPTG诱导。结果表明:在IPTG浓度为0.25 mmol·L-1,诱导时间为4 h,诱导温度为28℃时,重组蛋白得到表达,分子量大约为48 k Da,SDS-PAGE电泳结果表明重组蛋白主要以包涵体形式存在,用His蛋白纯化系统回收得到Gmb ZIP71-His重组蛋白,EMSA(electrophoretic mobility shift assay)实验表明Gmb ZIP71重组蛋白可以在体外与ACGT顺式作用元件结合。

植物血红蛋白基因功能研究进展

血红蛋白在生物界中普遍存在,其在植物根瘤固氮、胚胎发生及抗逆胁迫等方面具有重要作用。近年来,关于植物血红蛋白分类及其所参与的植物细胞命运决定等基因调控途径方面的研究相当活跃。本文介绍了植物血红蛋白的新命名体系,综述了植物共生血红蛋白(sHb)、非共生血红蛋白(nsHb)和截短血红蛋白(tHb)功能研究的最新研究成果,评述了植物血红蛋白调控胚胎发育及抗逆胁迫的功能作用,以期全面阐明植物血红蛋白分子作用机制的进展。

豆科植物微管参与胁迫响应的研究进展

豆科植物是世界上重要的经济作物和饲料作物。近年来,我国对大豆、苜蓿等豆科植物的刚性需求快速增长。但是,豆科植物产量却增加缓慢。除了品种本身和种植模式等因素,外界的非生物胁迫和生物胁迫严重限制豆科作物的生产及产量提高。本文综述了豆科微管蛋白对干旱胁迫、重金属胁迫和光系统调节的响应,讨论了豆科微管如何参与病原菌入侵和Ca^(2+)信号调节,介绍了豆科植物大豆、菜豆和苜蓿中已经克隆解析的微管基因,以期为通过遗传改良豆科微管基因提高豆科植物耐胁迫能力提供理论指导。

主要经济作物分子设计育种

1简介＂十三五＂国家重点研发计划＂七大农作物育种＂试点专项＂主要经济作物分子设计育种＂项目以大豆、棉花、油菜和蔬菜等主要经济作物为研究对象,利用优良种质资源,运用基因组学和系统生物学等手段,解析主要经济作物高产、优质、抗病虫、抗逆、养分高效利用、适于机械化生产等重要农艺性状的调控机制,优化多基因聚合技术,建立品种分子设计育种创新体系,为实现全基因组水平优化选择培育经济作物新品种提供系统技术方案和育种新材料。

杀线植物资源防治植物寄生线虫病的作用机制及其应用

我国植物寄生线虫病已经发展成仅次于真菌病害的第二大植物病害,防治难度极大。随着我国农业可持续发展的需求,一些高毒高效化学农药不断被禁用,导致可供选择化学杀线虫剂的产品非常有限,进而杀线植物资源备受广大线虫学者的关注。本文综述了具有杀线虫作用的植物资源,如根系分泌物、组织提取物等活性物质,对植物寄生线虫的作用机制及生产实践中对这些资源的应用情况,并针对目前存在的问题和对未来的研究趋势提出了展望,以期为具有杀线虫作用的植物及其资源的开发和应用提供材料、思路和理论依据。

山东省临沂地区中草药丹参根结线虫的种类鉴定

为了调查山东省临沂地区中草药根结线虫(Meloidogyne spp.)的种类,对临沂地区的蒙阴县和平邑县7个发病丹参田采集丹参样品,并分离线虫,利用根结线虫的通用引物(rDNA-ITS区域194/195)和常见根结线虫种的特异性引物对二龄幼虫进行分子鉴定,对PCR产物及其序列比较分析进而确定线虫种类,同时确定这些线虫能否在番茄上繁殖,然后对确定线虫种类的二龄幼虫形态学和雌虫会阴花纹的特征进行了鉴定。结果表明,rDNA-ITS区域194/195通用引物对所有7个样品都扩增出750 bp产物,证明是根结线虫,序列之间的相似度范围是99.4%~100%;序列特异性引物扩增表明蒙阴县4个样品是花生根结线虫(M.arenaria),2个样品是南方根结线虫(M.incognita),平邑县1个样品是南方根结线虫。序列分别与已报道的花生根结线虫和南方根结线虫100%同源,通用引物扩增产物序列也分别与基因库中这两种线虫序列达到98.3%~100%相似性。所有样品线虫都能在番茄上繁殖,二龄幼虫的形态学特征和雌虫会阴花纹的特征与已鉴定的南方根结线虫和花生根结线虫的特征相同。

植物对铁元素吸收的分子调控机制研究进展

铁是植物正常生命活动所必需的微量矿质元素,在光合作用、呼吸作用等诸多生理代谢过程中发挥着重要的作用。虽然铁在地壳中含量丰富,但因其在大多数类型土壤中利用率低,导致植物缺铁现象比较普遍。植物在长期的进化过程中,演化出一套完整的铁吸收、运输和分子调控的系统。近年来,国际上在揭示植物铁吸收、运输和储存的机制方面取得很大研究进展,本文主要就植物对铁元素吸收分子调控机制的研究进展进行了综述,以期为全面了解植物铁代谢的分子机制进行作物分子设计育种提供帮助。

大豆AP2/ERF基因家族的分子进化分析

AP2/ERF类型基因家族在植物发育中起着重要的作用,本文鉴定了大豆AP2/ERF基因家族,分析了该基因家族的进化途径,研究了其在种子发育过程中的基因表达模式,并对其功能进行了预测。研究表明:大豆AP2/ERF家族包括355个基因,分属于AP2、RAV和ERF三个亚家族;AP2/ERF基因在进化过程中出现了两次较大的分歧;发现了7个与大豆分化显著相关的AP2/ERF基因,利用拟南芥直系同源基因对这些基因的功能进行了预测;在大豆种子发育的过程中,该家族基因呈现10类不同的表达模式,在种子发育的各个过程中起着不同的作用。

大豆生育期E1、E2、E3和E4基因的研究与应用

大豆E1～E4基因作为对大豆生育期影响最大的E系列基因,与大豆品种生态类型密切相关。为总结大豆主要生育期基因E1～E4的研究进展和应用现状,促进中国大豆生育期育种模式的形成,本研究综述E1～E4基因不同变异类型、变异类型鉴定方法和调控大豆光周期机理的研究进展及大豆群体E1～E4基因型分析在大豆品种生长适应性研究中的应用,以期为大豆生育期遗传调控机理的全面深入研究提供参考,同时为适应不同生态区域的大豆遗传育种工作提供依据。

大豆GmMATH基因家族鉴定与盐胁迫下的表达模式分析

植物MATH基因参与发育、激素信号转导和非生物胁迫等过程,但是大豆GmMATH基因未见详细的研究报道。本文在大豆中鉴定到40个保守的GmMATH基因,根据蛋白相似性分为6个亚家族。对全部GmMATH基因上游2kb启动子上的顺式调控元件进行分析,发现431个与植物发育、应激反应相关的顺式调控元件,表明GmMATH基因参与调节发育和响应胁迫等过程。转录组数据分析显示,GmMATH基因参与大豆不同阶段生长发育过程,并发现32个GmMATH基因在盐胁迫下表达水平会发生显著变化;其中GmMATH01和GmMATH13基因在盐耐受材料中表达明显高于盐敏感材料,表明大豆GmMATH基因表达模式与大豆盐碱耐性相关。本研究为深入解析大豆GmMATH基因在响应外界胁迫和发育调控中的作用提供了重要依据。

金纳米粒子和聚合物复合体系分子设计与组装过程的计算机模拟

金纳米粒子除了拥有纳米粒子的体积效应、表面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等优异性能之外,还有一些特殊性能,如良好的稳定性、抗菌抑菌功能、表面吸收带效应、荧光效应等。量子化学计算方法提供了从分子水平上探究金团簇的催化和反应活性的影响因素,如金团簇的尺寸、形状、电子状态、活性位点的类型和结构等。分子动力学可以更好地模拟纳米粒子与配体和溶剂的相互作用方式,同时给出热力学和动力学行为。耗散粒子动力学等介观模拟方法则被应用到金纳米粒子和聚合物复合体系自组装过程的研究,并可以给出调控自组装结构的有效方案。以高分子与纳米粒子复合物为研究对象,明晰影响复合物结构和性质的主导因素,探索复合物调控机制,提出决定复合物功能的主控因素,进一步理解高分子与纳米粒子复合物的本质,可以为实验上制备、优化新型高分子与纳米粒子复合物材料提供可靠的理论帮助。

菜豆品种黄金勾伽玛射线突变体库的建立及突变表型观察

菜豆(Phaseolus vulgaris L.)是我国及世界人民重要的食用豆类之一,具有品种繁多,表型特征差别大,基因组小,繁殖周期短及与大豆的亲缘关系较近等特点,是研究豆科植物基因功能的重要遗传资源。为创造丰富的变异资源,对菜豆品种黄金勾种子进行^(60)Coγ射线诱变处理,处理剂量为200 Gy,在M_3代观察并统计变异的类型。以百粒重及种子大小(长与宽)为代表,对数量性状进行了统计分析,选取的大粒(菜434)和小粒(菜601)株行与野生型对照相比,所检测的3个性状上的变异系数均显著大于野生型对照。在总计3 500株M_3单株株行中,607株株行在生育期(开花期与成熟期)、叶部性状、株型、育性及种皮颜色等性状上与野生对照相比变异较为明显,其中5.5%的变异株行的变异属于典型的孟德尔显性遗传规律,符合3∶1分离比例,初步确定该类变异由单基因所控制。选取部分重要变异性状株行,进一步在M_4代进行表型观察,验证M_3代性状观察的结果。所获得的具有稳定遗传的材料不仅可直接应用于品种选育,还为克隆引致性状变异的功能基因及调控机制提供了重要的遗传资源。